Kemiska grundämnen: definition, egenskaper och periodiska systemet
Ett kemiskt grundämne är ett ämne som innehåller endast en typ av atom. Om ett ämne innehåller mer än en typ av atom är det en förening. Ett grundämne kan vara i form av ett fast ämne, en vätska eller en gas vid givna temperatur- och tryckförhållanden. Den minsta partikeln av ett sådant grundämne är en atom, som i sin tur består av protoner, neutroner och elektroner.
Atomens uppbyggnad och betydelse
Varje grundämne består alltså av endast en sorts atom. Antalet protoner i atomkärnan kallas atomnummer och bestämmer vilket grundämne det är. Alla atomer med 6 protoner tillhör till exempel det kemiska grundämnet kol, och alla atomer med 92 protoner tillhör grundämnet uran. Protonernas laddning ger kärnan dess elektriska laddning, vilket i ett neutralt atomtillstånd också bestämmer antalet elektroner runt kärnan. Elektronerna i sina atomära banor påverkar hur atomen reagerar kemiskt och bestämmer dess kemiska egenskaper.
Isotoper, joner och stabilitet
Många grundämnen förekommer i flera varianter som skiljer sig i antalet neutroner i kärnan — dessa kallas isotoper. Isotoper har samma atomnummer (samma antal protoner) men olika masstal. Vissa isotoper är stabila, andra är radioaktiva och sönderfaller med tiden. När en atom förlorar eller tar upp elektroner bildas en jon, vilket ändrar dess kemiska laddning och ofta dess kemiska beteende.
Grundämnena i naturen och i laboratoriet
Den moderna kemin känner idag till 118 olika kemiska grundämnen. Av dessa finns 92 naturligt förekommande i naturen, medan resten framställs syntetiskt i laboratorier eller i partikelacceleratorer. Människokroppen består av ungefär 26 olika grundämnen i betydande mängd; de viktigaste är kol, väte, syre och kväve. Det sista naturliga elementet som upptäcktes (i den mening som historiskt anges) var uran, tidigare känt men formellt identifierat år 1789 enligt vissa källor, och det första artificiellt framställda grundämnet som isolerades var technetium år 1937.
Det periodiska systemet
Kemiska grundämnen är vanligtvis ordnade i det periodiska systemet. Placeringen i tabellen speglar atomnummer, elektronkonfiguration och återkommande kemiska egenskaper. Systemet är uppdelat i rader (perioder) och kolumner (grupper) där grundämnen i samma grupp ofta har liknande kemiskt beteende, till exempel ädelgaser eller alkalimetaller.
Metaller, icke-metaller och metalloider
- Metaller är vanligtvis glänsande, goda ledare av värme och elektricitet, formbara och finns främst till vänster och i mitten av det periodiska systemet.
- Icke-metaller ligger till höger i tabellen och kan vara gaser, vätskor eller spröda fasta ämnen; de är ofta dåliga ledare och deltar i olika typer av kovalenta bindningar.
- Metalloider har egenskaper mellan metaller och icke-metaller och används ofta i halvledarteknik.
Tillämpningar och biologisk betydelse
Grundämnen används i stort sett alla områden i samhället: byggmaterial (järn, aluminium), elektronik (kisel), energi (uran, väte), medicin (jod, kol i läkemedel) och livsmedel (kalcium, järn). I biologiska system fungerar många grundämnen som byggstenar, katalysatorer i enzymer eller i elektriska signaler i nervsystemet.
Namn och upptäckt
Nya grundämnen får namn och symboler enligt internationella regler (IUPAC). Historiskt upptäcktes många grundämnen gradvis genom laborationer och naturstudier; senare upptäckter skedde genom avancerad experimentell framställning. Vissa element är naturligt förekommande men mycket sällsynta, medan andra endast kan tillverkas kortlivat och sönderfaller snabbt.
Sammanfattning
Kemiska grundämnen är de grundläggande byggstenarna i materien. Deras atomuppbyggnad, särskilt antalet protoner och elektroner, bestämmer deras identitet och kemiska beteende. Genom att studera och ordna dem i det periodiska systemet kan kemister förutsäga och förstå hur olika ämnen reagerar och interagerar, både i naturen och i tekniska tillämpningar.
Grundämnet svavel har en kristallin struktur.
Brom är ett av endast två grundämnen som är flytande vid 25 °C. Det andra är kvicksilver.
Kemiska symboler
Kemiska grundämnen har också en unik kemisk symbol. Kemiska symboler används över hela världen. Detta innebär att det inte råder någon förvirring om vad symbolen betyder, oavsett vilket språk som talas. Kemiska symboler för grundämnen kommer från deras engelska eller latinska namn. Kol har till exempel den kemiska symbolen "C" och natrium har den kemiska symbolen "Na", efter det latinska natrium. Volfram kallas "W" efter sitt tyska namn, wolfram. "Au" är symbolen för guld och kommer från det latinska ordet för guld, aurum. En annan symbol som kommer från latin är "Ag". Detta är grundämnet silver och kommer från latinets argentum. Blyets symbol, "Pb", kommer från latinets plumbum och det engelska ordet plumber härstammar från detta eftersom rören förr tillverkades av bly. Vissa element som upptäckts på senare tid har fått namn efter kända personer, som einsteinium, som har fått sitt namn efter Albert Einstein.
Föreningar
Element kan förenas (reagera) för att bilda rena föreningar (t.ex. vatten, salter, oxider och organiska föreningar). I många fall har dessa föreningar en fast sammansättning och en egen struktur och egna egenskaper. Föreningens egenskaper kan skilja sig mycket från de grundämnen som den är gjord av. Natrium är en metall som brinner när den läggs i vatten och klor är en giftig gas. När de reagerar tillsammans bildar de natriumklorid (salt) som är ofarligt och ätbart.
Blandningar
Vissa beståndsdelar blandas i vilken proportion som helst för att bilda nya strukturer. Sådana nya strukturer är inte föreningar. De kallas för blandningar eller, när grundämnena är metaller, för legeringar.
Isotoper
De flesta grundämnen i naturen består av atomer med olika antal neutroner. En isotop är en form av ett grundämne med ett visst antal neutroner. Kol har till exempel två stabila, naturligt förekommande isotoper: kol-12 (6 neutroner) och kol-13 (7 neutroner). Kol-14 (8 neutroner) är en naturligt förekommande radioaktiv isotop av kol. Av varje grundämne, utom Ununoctium, är minst två isotoper kända.
Klassificering
Elementen kan klassificeras utifrån fysiska tillstånd. Vid rumstemperatur och tryck är de flesta grundämnen fasta ämnen, endast 11 är gaser och 2 är vätskor.
Elementen kan också delas in i metaller och icke-metaller. Det finns många fler metaller än icke-metaller.
Några grundämnen har dock egenskaper som ligger mellan metallernas och icke-metallernas. Dessa grundämnen kallas halvmetaller (eller metalloider).
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är ett kemiskt grundämne?
S: Ett kemiskt grundämne är ett ämne som består av endast en typ av atom.
F: Vad består atomer av?
Svar: Atomer består av protoner, neutroner och elektroner.
F: Vad bestämmer antalet protoner i en atom?
S: Antalet protoner i en atom kallas atomnummer.
F: Hur många olika grundämnen är kända inom den moderna kemin?
S: 118 olika kemiska grundämnen är kända inom den moderna kemin.
Fråga: Hur många naturliga grundämnen finns i naturen?
S: 92 av dessa grundämnen finns i naturen.
Fråga: När upptäcktes det sista naturliga grundämnet?
S: Det sista naturliga grundämnet som upptäcktes var uran år 1789.
F: Hur hjälper det periodiska systemet oss att förstå egenskaperna mellan grundämnena?
S: Var grundämnena finns i tabellen berättar om deras egenskaper i förhållande till andra grundämnen.
